Komórki nowotworowe to niebezpieczni przeciwnicy, posiadający umiejętność wywoływania oporności na obecne terapie, co czyni leczenie ogromnym wyzwaniem. Jednak nowe, fascynujące badanie ujawnia potencjalny słaby punkt nowotworu; odkrycie to doprowadziło do niemal całkowitego zniszczenia komórek rakowych w hodowlach komórkowych.
Badanie, opublikowane niedawno w renomowanym czasopiśmie, pokazuje, w jaki sposób zmiana struktury chromatyny w komórkach nowotworowych może ułatwić ich eliminację.
W jądrze komórkowym DNA jest owinięte wokół białek zwanych histonami, które wspólnie tworzą chromatynę. Jej głównym zadaniem jest kompaktowe pakowanie kodu genetycznego w jądrze komórkowym, a także regulowanie ekspresji genów. Niestety, w komórkach nowotworowych chromatyna działa na ich korzyść, umożliwiając im ewolucję i adaptację do terapii nowotworowych, co pozwala im na przetrwanie.
«Jeśli myślicie o genach jak o sprzęcie,» wyjaśnia współautor badania, Vadim Backman z McCormick School of Engineering na Northwestern University w Evanston, IL, «to chromatyna jest oprogramowaniem».
«Złożone choroby, takie jak rak» – dodaje – «nie są zależne od działania pojedynczych genów, lecz od skomplikowanych interakcji między dziesiątkami tysięcy genów».
W związku z tym, Backman i jego zespół postawili sobie za cel chromatynę jako klucz do walki z opornością na raka. Technika obrazowania, opracowana w ubiegłym roku, pozwoliła im na zgłębienie tej złożonej struktury makrocząsteczek.
Przewidywanie śmierci komórek rakowych za pomocą chromatyny
Nowa metoda nosi nazwę mikroskopii spektroskopii częściowej (PWS) i umożliwia monitorowanie chromatyny w żywych komórkach w czasie rzeczywistym.
Naukowcy podkreślają, że PWS pozwala im oceniać chromatynę w skali 20-200 nanometrów, co stanowi punkt, w którym zmiany nowotworowe wpływają na strukturę chromatyny.
Zespół zastosował PWS do analizy chromatyny w hodowlach komórek nowotworowych. Odkryli, że chromatyna ma specyficzną «gęstość upakowania» powiązaną z ekspresją genów, co pozwala komórkom rakowym unikać skutków terapii.
Analiza wykazała, że bardziej niejednorodna i chaotyczna gęstość upakowania chromatyny wiązała się z lepszym przeżyciem komórek rakowych podczas chemioterapii. Z kolei bardziej uporządkowana struktura chromatyny sprzyjała wyższej śmierci komórek nowotworowych w odpowiedzi na chemioterapię.
«Wystarczy spojrzeć na strukturę chromatyny komórki, by przewidzieć, czy przetrwa,» mówi Backman. «Komórki z normalną strukturą chromatyny umierają, ponieważ nie mogą się adaptować ani rozwijać oporu.»
Celowanie w chromatynę, aby zabić raka
Na podstawie tych odkryć badacze sformułowali hipotezę, że zmiana struktury chromatyny w celu uczynienia jej bardziej uporządkowaną może zwiększyć wrażliwość komórek nowotworowych na leczenie.
W dalszych badaniach zespół odkrył, że można modyfikować strukturę chromatyny poprzez zmianę elektrolitów w jądrze komórek nowotworowych.
Następnie przetestowali tę strategię, stosując dwa leki, które już uzyskały zatwierdzenie Food and Drug Administration (FDA): Celekoksyb i Digoksyna.
Celekoksyb jest stosowany do łagodzenia bólu, a Digoksyna do leczenia migotania przedsionków oraz niewydolności serca. Oba leki mają jednak również zdolność zmiany gęstości upakowania chromatyny.
Naukowcy połączyli te leki, które nazwali terapią ochronną na chromatynę (CPT), z chemioterapią i przetestowali je na komórkach rakowych w laboratorium. Jak mówi Backman, byli świadkami «czegoś niezwykłego».
«W ciągu 2 lub 3 dni prawie wszystkie komórki rakowe umarły, ponieważ nie mogły zareagować. Związki CPT nie zabijają komórek, lecz restrukturyzują chromatynę, blokując zdolność komórek do ewolucji i adaptacji; to ich Achillesowa pięta,» dodaje Backman.
Mimo entuzjazmu badaczy, ostrzegają, że konieczne są dalsze badania na zwierzętach i ludziach, zanim będzie można wyciągnąć jednoznaczne wnioski.
«Istnieje ogromna różnica między kulturami komórkowymi a organizmami ludzkimi,» zauważa Backman. «Nie można przewidzieć, jak środowisko w ciele człowieka może wpłynąć na zachowanie nowotworu ani jakie skutki uboczne mogą wystąpić.»
Niemniej jednak naukowcy podkreślają, że zdołali zreplikować swoje odkrycia w siedmiu różnych typach raka, co według Backmana jest «bardzo obiecujące».
Nowe badania i ich znaczenie w 2024 roku
W 2024 roku badania nad strukturą chromatyny zyskują na znaczeniu, a nowe technologie pozwalają na dokładniejszą analizę i zrozumienie mechanizmów oporności na leczenie nowotworów. Naukowcy coraz częściej stosują techniki obrazowania i analizy genetycznej, aby zidentyfikować specyficzne zmiany w chromatynie, które mogą być wykorzystywane jako cel terapeutyczny.
Dodatkowo, nowe dane pokazują, że terapie oparte na modyfikacji chromatyny mogą być skuteczne w przypadkach, w których tradycyjne metody zawodzą. Wstępne badania kliniczne wskazują, że pacjenci, którzy otrzymują terapie łączone, doświadczają lepszych wyników, a ich choroba jest mniej oporna na leczenie.
W obliczu rosnącej liczby przypadków nowotworów, badania te są kluczowe dla rozwoju innowacyjnych strategii terapeutycznych. Zrozumienie roli chromatyny w nowotworzeniu i progresji raka może otworzyć drzwi do nowych, bardziej skutecznych terapii, które zrewolucjonizują podejście do leczenia nowotworów w nadchodzących latach.
